C++基础——编译篇

🔧 一、C++ 编译过程概述

C++ 的编译过程可以分为以下几个阶段：

1. 预处理（Preprocessing）
2. 编译（Compilation）
3. 汇编（Assembly）
4. 链接（Linking）

这些步骤共同将源代码（.cpp）变成可执行文件（.exe、.out 等）。

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📌 示例文件：

// main.cpp
#include <iostream>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    std::cout << add(3, 4) << std::endl;
    return 0;
}

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🧩 1. 预处理（Preprocessing）

输入：源代码（.cpp）
输出：预处理后的代码（.i）

预处理器会处理以下内容：

• #include：插入头文件内容
• #define：宏定义替换
• 条件编译指令：#ifdef, #ifndef, #endif

命令行演示（GCC）：

g++ -E main.cpp -o main.i

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⚙️ 2. 编译（Compilation）

输入：预处理后的代码（.i）
输出：汇编代码（.s）

编译器将源代码翻译成 汇编语言，并做词法分析、语法分析、语义分析、优化等。

命令行演示：

g++ -S main.i -o main.s

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🛠️ 3. 汇编（Assembly）

输入：汇编代码（.s）
输出：目标文件（.o 或 .obj）

汇编器（Assembler）把汇编代码翻译成 机器代码（二进制），但还不能运行。

g++ -c main.s -o main.o

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🔗 4. 链接（Linking）

输入：一个或多个目标文件（.o）和库文件
输出：可执行文件（.exe, .out）

链接器把所有目标文件和需要的库整合成一个可执行程序。

g++ main.o -o main

如果使用了标准库或者第三方库（如 libm.so），链接器还会处理符号解析、地址修正等。

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🧠 编译过程中涉及的重要概念

1. 头文件和源文件

• .h / .hpp：声明类、函数、宏等
• .cpp：定义函数、类等实现内容
• 使用 #include 包含头文件

2. 宏定义与条件编译

#define PI 3.14

#ifdef DEBUG
  std::cout << "Debug mode" << std::endl;
#endif

3. 多文件编译

// add.h
int add(int a, int b);

// add.cpp
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// main.cpp
#include <iostream>
#include "add.h"

int main() {
    std::cout << add(1, 2) << std::endl;
}

编译：

g++ -c add.cpp -o add.o
g++ -c main.cpp -o main.o
g++ add.o main.o -o app

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📚 编译相关工具和选项

工具/选项	说明
g++	GNU 编译器，常用来编译 C++ 程序
-E	只执行预处理阶段
-S	编译为汇编代码
-c	编译但不链接，生成 .o
-o	指定输出文件名
-I	添加头文件搜索路径
-L	添加库文件搜索路径
-l<name>	链接库，例如 -lm 表示链接 libm.so
-Wall	开启所有常用警告
-g	添加调试信息
-O2, -O3	编译优化等级
-std=c++17	指定 C++ 版本标准

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🧾 依赖关系和 Makefile（自动化构建）

简单 Makefile 示例：

app: main.o add.o
	g++ main.o add.o -o app

main.o: main.cpp add.h
	g++ -c main.cpp

add.o: add.cpp add.h
	g++ -c add.cpp

clean:
	rm -f *.o app

使用：

make
make clean

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✅ 总结：编译流程图

main.cpp
   │
   ▼
[ 预处理 ] ──> main.i
   │
   ▼
[ 编译 ] ───> main.s
   │
   ▼
[ 汇编 ] ───> main.o
   │
   ▼
[ 链接 ] ───> 可执行文件 (main / main.exe)